基于ARM和FPGA的电脑横机控制器的设计
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框 架 图
电路
理 要求遵循 特定 的时序和逻辑 ， 并且 系统有 多路 中断信号 和控
１ 电脑 横 机控制 系统 的要 求
电脑横机控制系统主要 包括选针控制模块 、 导纱控制模 块 、 三 角控制模块 、 密度调节 控制模块 、 机头 传动控 制模块 、 牵拉 卷
号 预 处 理模 块 等 部 分 。 而 横 机 控 制 系 统 的 核 心 就 是 通 过 电 磁
这是一款 １ ／２位 Ａ Ｍ Ｔ ＭＩ Ｓ ６３ Ｒ ７ Ｄ Ｃ处理器 （６ＭＨｚ 提供 ＲＩ ６ ）， 了丰富的内部设 置 ， 包括 ８Ｋ ｃ ｅ 内部 Ｓ ＡＭ、 Ｃ Ｂｃ ｈ 、 ａ Ｒ Ｌ Ｄ控制器 、 带 自动握 手 的 ２通道 ＵＡ ＲＴ、 ４通道 Ｄ ＭＡ、 系统管 理器 、 用 代 Ｐ ＷＭ 功能的 ５ 通道 定制器 等＿ 。３片 Ｆ Ｇ 选用 Ａｌ ｒ 公 司 ２ ＰＡ ｔａ ｅ
编织非常复杂的手摇横机无法完成 的衣片组织 。但是 目前市 场上 的电脑横机控制器大多数采用单片机做主处理器或 者以工 业控制计算机为基础开发 ， 也有采用 ３ ２位处理器 ＡＲ 和群组 Ｍ 单片机组成的控制系统 。采用单 片机做 主处理器 ， 集成度 不 有 高、 稳定性不好等缺点 ； 以工业控制计算机为基础开发 的电脑 横 机控制系统 ， 主程序在工控机上运 行 ， 处理速度快 ， 行稳定 ， 运 但 正常工作时 ， 由于前端控 制点 所需要 的信息量很大 ， 要求反应 时 间极短 ， 其控制精 度不 高、 体积庞 大等 缺点 也相应 地 暴露 了出 来， 并且成本较高。采用 ３ ２位处 理器 ＡＲ 和群组单 片机组成 Ｍ 的控制 系统 ， 虽然 简化 了电脑横机控制系统的结构 ， 使用 了多种 外 围芯片集于一 体的 Ａ Ｍ 芯片 ， Ｒ 提高 了系统 的稳定性 和可靠 性， 但多单 片机 的协调工 作问题及 工业场合 的抗干 扰问题 一直 未得到很好的解决 ， 系统 的平均无 故障时 间仍 有待 于进一 步提 高 。我们在分析电脑横机功 能要求和控制系统的实现方式 的基 础上 ， 出采用 ３ 位微处理器 Ａ Ｍ 和 Ｆ ＧＡ作为该控制 系统 提 ２ Ｒ Ｐ
制信号 ， 但是主处理器 的 Ｉ０ 口资源有 限， ／ 因此在 Ａ Ｍ 作为主 Ｒ
处理器 的基础上扩展 了 ３片 Ｃ ｃ ｎ 系列 Ｆ ＧＡ芯片作 为从处 ｙｌ ｅ ｏ Ｐ
理器 。
本系统选用 Ｓ ＡＭＳ Ｇ 公 司 的 ￥ Ｃ ４ ０ ＵＮ ３ ４ Ｂ Ｘ作 为 主 处 理 器 ，
取控制模块 、 压脚控制模块 、 横移 控制模块 、 场 同步 与故 障信 现
套 步 进 电 机 控 制 压 脚 ； ６ ６套 步 进 电 机 用 于 完 成 剪 刀 剪 线 动 （）
作； 被控制 的电磁铁有 １０个 之多 ， ６ 主要 分为 ： ①纱 嘴选择 电磁 铁２ ， 组 每组 ８套电磁铁 ； ②三 角控制 电磁铁 ４组 ， 每组 ６套 电 磁铁 ； ③选针器控制器 ８组 ， 每组 １ Ｏ套 电磁铁 。横机 控制信 号
如表 １ 示 。 所 表 １ 电脑 横 机 控 制信 号 单位 ： 路
机送来的命令及监控多 个子系统 的运行情况 ， 发现 异常 时 向上 位机报警 。控制系统框架如图 １所示 。
Ａ
Ｒ ＼ｒ———
Ｍ
２ 硬 件 系统 设计
执 行
部件 驱动
Ｆ
Ｐ Ｇ
电脑 横 机 控 制 系 统 是 一 个 在 线 实 时 控 制 系 统 ， 计 时 要 同 设
维普资讯
・
４ ・ ４
纺织科 技 避展
２０ 年第 ５ ０７ 期
基 于 ＡＲＭ 和 Ｆ ＧＡ 的 电 横 机 控 制 器 的 设 计 Ｐ 脑
魏 彬 ， 团善 ， 张 时 剑， 赵 婧， 马 辉
（ 西安工程大学 电子信息学院， 陕西 西安 ７ ０ ４ ） １ ０８
时考虑控制 的可靠性及其 性价 比。如前所述 ， 由于单 片机 和工 业控制计算机分别存在着诸 如集成度 不高 、 稳定性 不好 和成本 较高等方面的缺点 。因此 ， 我们选 用 Ａ Ｍ 作 为本 系统 的主处 Ｒ
理器 ， 由于 电脑 横 机 共 有 ２５路输 入输 出 信 号 ， 不 同 信 号 的处 ６ 对
的主 控 制 和 从 控 制 ， 本 解 决 了 上 述 问 题 。在 该 系 统 中 Ａ Ｍ 基 Ｒ 作 为 上 位 机 主要 实 现 Ｊ 据 的 管 理 ， Ｐ Ａ 解 释 并 执 行 上 位 ＪＴ数 Ｕ ＦＧ
电机作为摇床 电机 ， 针织 过程 中控制 摇床 动作 ；３ ８套直 流 电 （） 机， 控制 卷布牵 拉机构 ； ４ ８套 步进 电机 ， （） 调节压 针密 度 ；５ ４ （ ）
摘
要 ： 分 析 电脑 横 机 功 能要 求 和控 制 系统 的 实现 方 式 的 基 础 上 ， 绍 了一 种 基 于 嵌 入 式 技 术 开 发 的全 自动 电脑 在 介
横 机 控 制 系统 ， 出采 用 ３ 提 ２位 处 理 器 Ａ ＲＭ 和 Ｆ ＧＡ 作 为嵌 入 式 全 自动 横机 的 主控 制 和从 控 制 ， Ｐ 以及 基 于 此 设 计 思 路 的
全 自动 电脑 横 机 是 针 织 行 业 中 技 术 含 量 较 高 的 机 械 ， 以 可
象 即为 电磁铁和 电机 。其 中： 被控 制的 电机包括 ２套交 流伺 服
电机 、８套 步进 电机 和 ８套 直 流 卷 布 电 机 ： １ １套 交 流 伺 服 电 １ （） 机 作 为 主 传 动 电机 ， 过 皮 带 带 动 机 头 运 动 ； ２ １套 交 流 伺 服 通 （）
电脑横机控制 系统 ， 实际应用效果表 明， 这种控 制器性价比和集成度都比较 高 ， 具有较好的使 用价值 。
关键 词 ： 电脑 横 机 ； Ｍ ； Ｐ ＡＲ Ｆ ＧＡ
，
中图分类 号： Ｓ ８ ． ２ Ｔ １ ３ ４
文献标识码 ： Ａ
文章编号 ：６３ ０ ５ （ ０ ７Ｏ 一。 ４ 一Ｏ １ ７ － ３ ６ ２ ０ ）５ Ｏ４ ２
电路
理 要求遵循 特定 的时序和逻辑 ， 并且 系统有 多路 中断信号 和控
１ 电脑 横 机控制 系统 的要 求
电脑横机控制系统主要 包括选针控制模块 、 导纱控制模 块 、 三 角控制模块 、 密度调节 控制模块 、 机头 传动控 制模块 、 牵拉 卷
号 预 处 理模 块 等 部 分 。 而 横 机 控 制 系 统 的 核 心 就 是 通 过 电 磁
这是一款 １ ／２位 Ａ Ｍ Ｔ ＭＩ Ｓ ６３ Ｒ ７ Ｄ Ｃ处理器 （６ＭＨｚ 提供 ＲＩ ６ ）， 了丰富的内部设 置 ， 包括 ８Ｋ ｃ ｅ 内部 Ｓ ＡＭ、 Ｃ Ｂｃ ｈ 、 ａ Ｒ Ｌ Ｄ控制器 、 带 自动握 手 的 ２通道 ＵＡ ＲＴ、 ４通道 Ｄ ＭＡ、 系统管 理器 、 用 代 Ｐ ＷＭ 功能的 ５ 通道 定制器 等＿ 。３片 Ｆ Ｇ 选用 Ａｌ ｒ 公 司 ２ ＰＡ ｔａ ｅ
编织非常复杂的手摇横机无法完成 的衣片组织 。但是 目前市 场上 的电脑横机控制器大多数采用单片机做主处理器或 者以工 业控制计算机为基础开发 ， 也有采用 ３ ２位处理器 ＡＲ 和群组 Ｍ 单片机组成的控制系统 。采用单 片机做 主处理器 ， 集成度 不 有 高、 稳定性不好等缺点 ； 以工业控制计算机为基础开发 的电脑 横 机控制系统 ， 主程序在工控机上运 行 ， 处理速度快 ， 行稳定 ， 运 但 正常工作时 ， 由于前端控 制点 所需要 的信息量很大 ， 要求反应 时 间极短 ， 其控制精 度不 高、 体积庞 大等 缺点 也相应 地 暴露 了出 来， 并且成本较高。采用 ３ ２位处 理器 ＡＲ 和群组单 片机组成 Ｍ 的控制 系统 ， 虽然 简化 了电脑横机控制系统的结构 ， 使用 了多种 外 围芯片集于一 体的 Ａ Ｍ 芯片 ， Ｒ 提高 了系统 的稳定性 和可靠 性， 但多单 片机 的协调工 作问题及 工业场合 的抗干 扰问题 一直 未得到很好的解决 ， 系统 的平均无 故障时 间仍 有待 于进一 步提 高 。我们在分析电脑横机功 能要求和控制系统的实现方式 的基 础上 ， 出采用 ３ 位微处理器 Ａ Ｍ 和 Ｆ ＧＡ作为该控制 系统 提 ２ Ｒ Ｐ
制信号 ， 但是主处理器 的 Ｉ０ 口资源有 限， ／ 因此在 Ａ Ｍ 作为主 Ｒ
处理器 的基础上扩展 了 ３片 Ｃ ｃ ｎ 系列 Ｆ ＧＡ芯片作 为从处 ｙｌ ｅ ｏ Ｐ
理器 。
本系统选用 Ｓ ＡＭＳ Ｇ 公 司 的 ￥ Ｃ ４ ０ ＵＮ ３ ４ Ｂ Ｘ作 为 主 处 理 器 ，
取控制模块 、 压脚控制模块 、 横移 控制模块 、 场 同步 与故 障信 现
套 步 进 电 机 控 制 压 脚 ； ６ ６套 步 进 电 机 用 于 完 成 剪 刀 剪 线 动 （）
作； 被控制 的电磁铁有 １０个 之多 ， ６ 主要 分为 ： ①纱 嘴选择 电磁 铁２ ， 组 每组 ８套电磁铁 ； ②三 角控制 电磁铁 ４组 ， 每组 ６套 电 磁铁 ； ③选针器控制器 ８组 ， 每组 １ Ｏ套 电磁铁 。横机 控制信 号
如表 １ 示 。 所 表 １ 电脑 横 机 控 制信 号 单位 ： 路
机送来的命令及监控多 个子系统 的运行情况 ， 发现 异常 时 向上 位机报警 。控制系统框架如图 １所示 。
Ａ
Ｒ ＼ｒ———
Ｍ
２ 硬 件 系统 设计
执 行
部件 驱动
Ｆ
Ｐ Ｇ
电脑 横 机 控 制 系 统 是 一 个 在 线 实 时 控 制 系 统 ， 计 时 要 同 设
维普资讯
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４ ・ ４
纺织科 技 避展
２０ 年第 ５ ０７ 期
基 于 ＡＲＭ 和 Ｆ ＧＡ 的 电 横 机 控 制 器 的 设 计 Ｐ 脑
魏 彬 ， 团善 ， 张 时 剑， 赵 婧， 马 辉
（ 西安工程大学 电子信息学院， 陕西 西安 ７ ０ ４ ） １ ０８
时考虑控制 的可靠性及其 性价 比。如前所述 ， 由于单 片机 和工 业控制计算机分别存在着诸 如集成度 不高 、 稳定性 不好 和成本 较高等方面的缺点 。因此 ， 我们选 用 Ａ Ｍ 作 为本 系统 的主处 Ｒ
理器 ， 由于 电脑 横 机 共 有 ２５路输 入输 出 信 号 ， 不 同 信 号 的处 ６ 对
的主 控 制 和 从 控 制 ， 本 解 决 了 上 述 问 题 。在 该 系 统 中 Ａ Ｍ 基 Ｒ 作 为 上 位 机 主要 实 现 Ｊ 据 的 管 理 ， Ｐ Ａ 解 释 并 执 行 上 位 ＪＴ数 Ｕ ＦＧ
电机作为摇床 电机 ， 针织 过程 中控制 摇床 动作 ；３ ８套直 流 电 （） 机， 控制 卷布牵 拉机构 ； ４ ８套 步进 电机 ， （） 调节压 针密 度 ；５ ４ （ ）
摘
要 ： 分 析 电脑 横 机 功 能要 求 和控 制 系统 的 实现 方 式 的 基 础 上 ， 绍 了一 种 基 于 嵌 入 式 技 术 开 发 的全 自动 电脑 在 介
横 机 控 制 系统 ， 出采 用 ３ 提 ２位 处 理 器 Ａ ＲＭ 和 Ｆ ＧＡ 作 为嵌 入 式 全 自动 横机 的 主控 制 和从 控 制 ， Ｐ 以及 基 于 此 设 计 思 路 的
全 自动 电脑 横 机 是 针 织 行 业 中 技 术 含 量 较 高 的 机 械 ， 以 可
象 即为 电磁铁和 电机 。其 中： 被控 制的 电机包括 ２套交 流伺 服
电机 、８套 步进 电机 和 ８套 直 流 卷 布 电 机 ： １ １套 交 流 伺 服 电 １ （） 机 作 为 主 传 动 电机 ， 过 皮 带 带 动 机 头 运 动 ； ２ １套 交 流 伺 服 通 （）
电脑横机控制 系统 ， 实际应用效果表 明， 这种控 制器性价比和集成度都比较 高 ， 具有较好的使 用价值 。
关键 词 ： 电脑 横 机 ； Ｍ ； Ｐ ＡＲ Ｆ ＧＡ
，
中图分类 号： Ｓ ８ ． ２ Ｔ １ ３ ４
文献标识码 ： Ａ
文章编号 ：６３ ０ ５ （ ０ ７Ｏ 一。 ４ 一Ｏ １ ７ － ３ ６ ２ ０ ）５ Ｏ４ ２